对volatile修饰符的理解和使用

1. 什么是volatile修饰符？

volatile关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如：操作系统、硬件或者其他线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

2. 一个简单的例子

volatile 影响编译器编译的结果。volatile变量是随时可能发生变化的，与volatile变量有关的运算，不进行编译优化。如：

[cpp] view plaincopyprint?

1. volatile int i=10;  
2. int j = i;  
3. …  
4. …  
5. int k = i;  

volatile int i=10;int j = i;……int k = i;

不优化的方式：编译器生成的可执行码会重新从i的地址读取数据放在k中
优化的方式：由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作，它会自动把上次读的数据放在k中。

也就是说：volatile 告诉编译器i是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从i的地址中读取，因而编译器生成的可执行码会重新从i的地址读取数据放在k中。
而优化做法是，由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作，它会自动把上次读的数据放在k中。而不是重新从i里面读。这样以来，如果i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错，所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问，不会出错。

下面是一个实例，使用（VC6）：

[cpp] view plaincopyprint?

1. #include <stdio.h>   
2.   
3. int main()  
4. {  
5.     int i = 10;  
6.     int b;  
7.     int a = i;  
8.     printf("i = %d\n", a);  
9.     // 下面汇编语句的作用就是改变内存中i的值   
10.     __asm  
11.     {  
12.         mov dword ptr [ebp-4], 20h  
13.     }  
14.     b = i;  
15.     printf("i = %d\n", b);  
16.     return 0;  
17. }  

#include <stdio.h>int main(){int i = 10;int b;int a = i;printf("i = %d\n", a);// 下面汇编语句的作用就是改变内存中i的值__asm{mov dword ptr [ebp-4], 20h}b = i;printf("i = %d\n", b);return 0;}

大家在编译的时候选择debug和release模式会得到不同的结果。其中debug意味着不进行优化，release则编译器进行优化。有图有真相：

3. 寄存器的那些事

寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。
存取速度：寄存器 >> cache >> RAM
在目前的计算机技术中，主存储器存取速度比CPU操作慢很多。寄存器可以充分发挥CPU高速处理的性能，缓和中央处理器和主存储器之间速度不匹配的矛盾。
寄存器中变量的状态并不能直接等同于内存中此变量的状态

4. 多线程共享变量

Thread A:                   ThreadB:
int k;                   ...
gTest = 1;                   ...
...                        ...
...                        gTest= 2;
...                        ...
k = gTest;          ...

在本次线程内, 当读取一个变量时，为提高存取速度，编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中；以后，再取变量值时，就直接从寄存器中取值；当变量值在本线程里改变时，会同时把变量的新值copy到该寄存器中，以便保持一致。当变量在因别的线程等而改变了值，该寄存器的值不会相应改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致。

5. ISR修改变量

[cpp] view plaincopyprint?

1. static int i = 0;  
2. int main()  
3. {   …  
4.     while(1)  
5.     { if(i) dosomething(); }  
6. }  
7. /* Interrupt service routine. */  
8. void ISR(void)  
9. { i = 1; }  

static int i = 0;int main(){…while(1){ if(i) dosomething(); }}/* Interrupt service routine. */void ISR(void){ i = 1; }

由于访问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如：程序的本意是希望ISR中断产生时，在main当中调用dosomething函数，但是，由于编译器判断在main函数里面没有修改过i，因此可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，导致dosomething永远也不会被调用。如果将变量加上volatile修饰，则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。此例中i也应该如此说明。

6. 在何时使用volatile？

volatile：”易失变量“？ ”编译时不做优化“、”直接存取原始内存地址“

一般说来，volatile用在如下的几个地方：
1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；
2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；
3、存储器映射的硬件寄存器（如状态寄存器）通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能有不同意义